Исследователи из Национальной лаборатории Аргонна, Национальной лаборатории Брукхейвена, Массачусетского технологического института, университета Пурду и университета Ратджерса провели исследования с использованием суперкомпьютерного моделирования, целью которого является разработка биовдохновленного нейроморфного процессора, способного забывать неактуальные данные или данные, в которых он больше не нуждается. А основой такого процессора может стать весьма необычный материал, который постепенно изменяет свою структуру под воздействием рентгеновского излучения.
“Наш мозг, несмотря на его сложность и совершенство, все же имеет ограниченные возможности. И он может эффективно работать на протяжении всей жизни только за счет того, что он обладает способностью забывать несущественную и неактуальную информацию” – рассказывает Сабраманьян Сэнкаранэраянан (Subramanian Sankaranarayanan), ученый из Национальной лаборатории Аргонна, – “Очень сложно найти “неживой” материал, обладающий такой способностью “забывать со временем”. И нам, похоже, удалось найти вариант материала, способного подражать поведению живых нервных тканей”.
Исследователи использовали квантовый перовскит для создания наиболее простой небиологической модели “забывчивости” на электронном уровне. По своей природе этот материал демонстрирует адаптивную реакцию на неоднократное извлечение и возвращение протонов в атомы его кристаллической решетки. При этом, кристаллическая решетка или сокращается или расширяется, что называется эффектом “дыхания” кристаллической решетки. Однако, когда процесс “дыхания” решетки повторяется много раз, его амплитуда постепенно снижается и, в конце концов, материал практически перестает реагировать на изменения количества протонов в ядрах его атомов.
“Это походит на испуг, который человек испытывает, погружаясь в воду первый раз в жизни” – рассказывает Сабраманьян Сэнкаранэраянан, – “Но с каждым разом, когда человек привыкает и начинает плавать все лучше и лучше, его испуг проявляется все меньше и меньше, исчезая полностью в конце концов”.
В то время, когда перовскит еще остается способным реагировать на “протонные изменения” своих атомов, он еще обладает способностью изменять свое сопротивление и влиять на проходящий через него электрический ток. Это позволяет ученым, отнимая или добавляя протоны при помощи потоков рентгеновского или протонного излучения, управлять проводимостью материала, в величине которой кодируется хранимая информация.
Используя квантовый перовскит, можно будет создать искусственный аналог нейронов и синапсов, которые будут надежно помнить информацию в случае большого количества обращений или перезаписи ячеек памяти этих искусственных нейронов. Однако, если хранимые в нейронах данные потеряют свою актуальность, то количество обращений к ячейкам памяти упадет до нуля. В силу своей необычной природы, квантовый перовскит через некоторое время восстановит исходные свойства, т.е. успешно “забудет” хранившуюся в нем ранее информацию и будет готов к повторному использованию.